The detail simulation modeling of fully-fed induction generator is investigated through PC based MATLAB/Simulink environment. Generator's stator currents are controlled by indirect vector control method. In this method, generator side converter controls the maximum excitation (air gap flux) by stator d-axis current and controls generator torque by stator q-axis current. Induction generator speed is controlled by tip speed ratio (TSR) upon the wind speed variations in order to generate the maximum output power. The generator torque model is specified as a 3-blade wind turbine with rating, then, the model is simulated under normal operating condition and three different fault conditions. The matlab model designed for fully-fed induction generator based wind farm provides good performance under normal and grid fault conditions. It provides good results for different pwm techniques and fault conditions except the single-phase line to ground fault, which should be verified with real time data from wind farms.
It is difficult to avoid measurement errors caused by the shading effect of the meteorological tower, which is used for wind resource assessment according to the IEC Standard. This paper presents a validation of the computational flow analysis results by comparing the results with the wind tunnel experiment conducted for Reynolds numbers in the $10^4$ to $10^5$ range, for the preparation of a database for use in an automatic method of correcting met-tower shading errors. A three-dimensional simulation employing the MP (Modified Production) $k-{\varepsilon}$ turbulence model predicted a wind speed deficit in the wake region according to minimum wind speed ratio, within an MAE (Mean Absolute Error) of 2.4%.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.12
no.4
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pp.459-472
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1996
An experimental investigation on the wind flow over smooth bell-shaped two-dimensional hills with hill slopes (the ratio of height to half width) of 0.3 and 0.5 is performed in an atmospheric boundary-layer wind tunnel. Two categories of the models are used in the present investigation; six two-dimensional single-hills, and four continuous double-hills. The measurements of the flow field and surface static-pressure distribution are carried out over the Reynolds number (based on the hill height) of 1.9 $\times 10^4, 3.3 \times 10^4, and 5.6 \times 10^4$. The velocity profiles and turbulence characteristics are measured by the pitot-tube and X-type hot-wire anemometer, respectively. The undisturbed boundary-layer profile on the bottom surface of the wind tunnel is reasonably consistent with the power-law profile with $\alpha = 7.0 (1/\alpha$ is the power-law exponent) and shows good spanwise uniformities. The profiles of turbulent intensity are found to be consistent along the centerline of the wind tunnel. The measured non-dimensional speed-up profiles at the hill crest show good agreements with the predictions of Jackson and Hunt's linear theory. The flow separation occurs in the hill slope of 0.5, and the oil-ink dot method is used to find the reattachment points in the leeside of the hill. The measured reattachment points are compared with the numerical predictions. Comparisons of the mean velocity profiles and surface pressure distributions between the numerical predictions and the experimental results show good agreements.
Vinyl house consists of main rafter, lateral member, clamps and polyethylene film. Many vinyl houses are used to grow fruits, flowers and vegetables in the countryside. Due to climate change, vinyl houses are often destroyed by strong winds or typhoons in summer. Many farmers suffer great economic damage from the collapse of vinyl houses. So it is very important to build a safe vinyl house and find a method to withstand this heavy wind load. In this study, a structural analysis was performed on four types of vinyl houses(10-single-4, 10-single-6, 10-single-7, 10-single-10). In addition, axial force and flexural moment are obtained from the structural analysis of four types of vinyl house. For these four types of vinyl house, structural safety was reviewed by obtaining the combined stress ratio by the strength design method. This structural review showed that the specifications for the vinyl house proposed in the design are not safe. Especially, the result of structural analysis for four types of vinyl house showed that the vinyl house structure constructed as a standard was a very dangerous structure. Therefore, it is necessary to devise diverse methods in order to make vinyl houses structurally safe for heavy wind load in the future. Also a variety of manual development is needed to prevent the collapse of vinyl houses at heavy wind load.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.4
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pp.330-335
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2016
In this study, aerodynamic characteristics of the blades of a helical-type vertical axis wind turbine(VAWT) have been investigated. For this purpose, a 100-W helical-type vertical axis wind turbine was designed using a design formulae, and a 3D computational fluid dynamics analysis was performed considering wind tunnel test conditions. Through the results of the analysis, the aerodynamic power output and flow characteristics of a helical blade were confirmed. In order to validate the aerodynamic power output obtained through the analysis, a wind tunnel test was performed by using a full-scale helical-type vertical axis wind turbine. The 3D analysis technique was validated by comparing its results with those obtained from the wind tunnel test.
Lateral loading due to wind or earthquake is a major factor that affects the design of high-rise buildings. This paper highlights the problems associated with the seismic design of high-rise buildings in regions of strong wind and moderate seismicity. Seismic response analysis and performance evaluation were conducted for wind-designed concentrically braced steel high-rise buildings in order to check the feasibility of designing them per elastic seismic design criterion (or strength and stiffness solution) in such regions. Review of wind design and pushover analysis results indicated that wind-designed high-rise buildings possess significantly increased elastic seismic capacity due to the overstrength resulting from the wind serviceability criterion. The strength demand-to-capacity study showed that, due to the wind design overstrength, high-rise buildings with a slenderness ratio of larger than four or five can elastically withstand even the maximum considered earthquake (MCE) with the seismic performance level of immediate occupancy under the limited conditions of this study. A step-by-step seismic design procedure per the elastic criterion that is directly usable for practicing design engineers is also recommended.
For determination of the design wves at the seven selected sites in the South Sea, a method of hindcasting the past annual largest significant waves from the records of both the wind speed at the nearby weather stations and the weather charts of typhoons are utilized. The design significant waves in deep water are determined through the extremal probability analysis for three major wave directions(SW, S, SE) at each site from the annual extremal series of wave heights. Design significant wave heights with the return period of 100 years ranged between 4.6m and 8.8m with the wave period ranging between 8.2 seconds and 12.9 seconds. Through the analysis of weather maps, both the fetches for the wind directions SW-SE along the South Coast and the relationship between the wind speed at sea and the wind speed at the nearby land weather stations for seasonal winds are determined. The wind speed at sea are found to be 0.8-0.9 times the wind speed at the land stations for $U_1$>15m/s. The ratio of the duration-averaged wind speed to the maximum wind speed varies between 0.7-0.9 as a negative exponential function for the duration ranging 2< t< 13 hours.
The accurate prediction of snow distributions under the wind action on roofs plays an important role in designing structures in civil engineering in regions with heavy snowfall. Affected by some factors such as building shapes, sizes and layouts, the snow drifting on roofs shows more three-dimensional characteristics. Thus, the research on three-dimensional snow distribution is needed. Firstly, four groups of stepped flat roofs are designed, of which the width-height ratio is 3, 4, 5 and 6. Silica sand with average radius of 0.1 mm is used to model the snow particles and then the wind tunnel test of snow drifting on stepped flat roofs is carried out. 3D scanning is used to obtain the snow distribution after the test is finished and the mean mass transport rate is calculated. Next, the wind velocity and duration is determined for numerical simulations based on similarity criteria. The adaptive-mesh method based on radial basis function (RBF) interpolation is used to simulate the dynamic change of snow phase boundary on lower roofs and then a time-marching analysis of steady snow drifting is conducted. The overall trend of numerical results are generally consistent with the wind tunnel tests and field measurements, which validate the accuracy of the numerical simulation. The combination between the wind tunnel test and CFD simulation for three-dimensional typical roofs can provide certain reference to the prediction of the distribution of snow loads on typical roofs.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.213-225
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2020
Floating Offshore Wind Turbines (FOWT) installed in the deep sea regions where stable and strong wind flows are abundant would have significantly improved energy production capacity. When designing FOWT, it is essential to understand the stability and motion performance of the floater. Water tank model tests are required to evaluate these aspects of performance. This paper describes a model test and numerical simulation for a 750-kW semi-submersible platform wind turbine model-II. In the previous model test, the 750-kW FOWT model-I suffered slamming phenomena from extreme wave conditions. Because of that, the platform freeboard of model-II was increased to mitigate the slamming load on the platform deck structure in extreme conditions. Also, the model-I pitch Response Amplitude Operators (RAO) of simulation had strong responses to the natural frequency region. Thus, the hub height of model-II was decreased to reduce the pitch resonance responses from the low-frequency response of the system. Like the model-I, 750-kW FOWT model-II was built with a 1/40 scale ratio. Furthermore, the experiments to evaluate the performance characteristics of the model-II wind turbine were executed at the same location and in the same environment conditions as were those of model-I. These tests included a free decay test, and tests of regular and irregular wave conditions. Both the experimental and simulation conditions considered the blade rotating effect due to the wind. The results of the model tests were compared with the numerical simulations of the FOWT using FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence) code from the National Renewable Energy Laboratory (NREL).
The dynamic bending response of single walled carbon nanotube reinforced composite (SWCNTRC) plates subjected to hygro-thermo-mechanical loading are investigated in this paper. The mechanical load is considered as wind pressure for dynamic bending responses of SWCNTRC plate. The dynamic version of the High Order shear deformation Theory (HSDT) for a composite plate with Matrix and SWCNTRC plate is first formulated. Distribution of fibers through the thickness of the SWCNTRC plate could be uniform or functionally graded (FG). The dynamic displacement response is predicted by using Nemarck integration method. The effective material properties of SWCNTRC are estimated by using micromechanics based modeling approach. The effect of different environmental condition, volume fraction of SWCNT, Width-to-thickness ratio, wind pressure, different SWCNTRC-FG plates, boundary condition, E1/E2 ratio, different temperature on dynamic displacement response is investigated. The dynamic displacement response is compared with the available literature and it shows good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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